红外测温系统

苗周立功单片机红外测温系统专注的力成就梦?苗周立功单片机本章学习重点1. 红外测温原理；2. 红外测温糸统传感器opt-538u介绍；3. 红外测温糸统的放犬色路分析4 .红外测温糸统的总体设计思路5.红外测温糸统的软硬件设计1红外测温原理温度测量分为接紈扎和非搖触式I两大类。测温元件直接与菠测对象相接触，两者之间进行充分 的热交换达到热平衡，这肘感温元件的禁一炀理参数 的量值就代获了菠测对象的温度值。优点：直观可靠。缺点：扁温元件影响彼测温度场的分布;接触不良等带来测量误差;當温和庸饨性介质影响扁温元件的性能和寿命。1红外测温原理感厦元件不与菠测对象相接羅，而通过热辐射进行热交换；具有较富的测浜上限;热惯性小，可达千分之一多S故便于测量运动肠体的 锻度和快速麦化的锻度。红外测温原理简介1800年，絲胥余首先发现了红外辐射，经过几代科学家 100多年的探索.卖验与研克，总结出了正确的辐射定律，为成 功地硏制红外辐射测温仪奠定了理论基础。20世纪60年代以 后，由于各种嘉灵敛度红外探测器、干莎滤光片以及数字行号 戏理技术的发畏，犬犬促进了红外技术应用的进程。近几十年 来,比色测温仪.光纤测温仪、扫描测温仪等满足各种需要的 红外测温仪相继出现和不断欢进,使红外技术的硏克与应用有 了新的飞更。虽然红外测温技术问世的肘间并不很长,但是它 安全.可靠、非接触、快速、准确、方便、寿命长等不可巻 代的优势，己彼越来越多的企业与厂家所认识和接受，在冶金、 石化.色力、交通、水泥、橡胶等行业得到了广泛的应用，成 为企业故障检测.产品质量控制和提嘉经济效益的重要手段。热辐射基本定律（-）基尔霍夫定律（二）斯忒潘一玻耳兹曼定律（三）普朗克定律 （四）维恩位移定律（一）基尔霍夫定律1-出射辐射能与吸收辐射能的一致性辐通量：单位时间内通过某一截面的辐射能,又称辐射功率，SI单位为瓦。光谱吸收率勺（门:表示物体对辐射到其上的辐通量可吸收的比例OUJ式中,切（入门为被物体吸收的辐通量；d（/）W 为照射到物体单位面积上的辐通量。基尔霍夫定律aA（T） = l:黑体能全部吸收辐射到其上 能量的物体（理想）。色Ct）y1：非黑体只能部分吸收辐射到其L上能量的物体（实际）O基尔霍夫证明了:辐射出射度：从辐射源表面单位面积发射出的辐通量, 某一特定波长的辐射出射度称为单色辐射出射度。物体的单色辐射出射度Ma(T)与单色吸收比色(:T) 的比值为一普适函数龙(门MQ)办(T)与温度及波长有关。热平衡时物体向四周的辐射功率等于它能吸收的功率。其中，（门为黑体在温度T时的光谱辐射出射度；M,（门为非黑体在温度T时的光谱辐射出射度o基尔霍夫定律：在同样的温度下，各种不同物体对相同波 长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于 该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。光谱发射率乙（T）:实际物体与黑体在温度T时的光谱辐射岀射度之比oMg结论：A(T)=aA(T)则：物体的光谱发射率等于其光谱吸收率。吸收辐射能力强的物体，受热后向外辐射的能力也强;专注的力成就梦?周立(空)普朗克定律(单色辐射强度定律)物体辐射出射度与温度间的关系温度为T的绝对黑体，单位面积元在半球方向上 所发射的全部波长的辐射岀射W(r)与温度T的 四次方成正比。M(T) =(tT4对于非黑体的一般物体：M(T) = st(tT4式中：亏为温度为丁时全波长范围的材料发射率，也称为黑度系数; b为斯忒潘一玻耳兹曼常数；cr=5. 67032xlO_8W-m-24 厂为物体的热力学温度描述辐射能量在各波长上的分布关系温度为T的单位面积元的绝对黑体，在半球面方向所辐射的波长为入的辐射出射度为M(T) = 2加cF(严 _i)-i = cxZeT _1)-式中，c_光速；h普朗克常数，6.626176X10 34Js；k波尔兹曼常数，1.38066244 X10-23J/K； G第一辐射常数，3.7418 X1016W-m2；C2第二辐射常数，1.4388 X 1012m-K；T绝对温度。M(T也可以用辐射亮度来表示：C(T)= 丄专注的力成就梦想苗周立功单片机（四）维恩位移定律最大辐射波长与温度的关系热辐射光谱中包含着各种波长，从实验 可知，物体峰值辐射波长几与物体自身的 绝对温度T成以下关系人/ = 2897/ K专注的力成就梦想苗周立功单片机专注的力成就梦想苗周立功单片机(一 E-S-UE 多二:二234 5 6 7 H9102030川J1IT110090温度升高:单色辐射强度随温度升高而增加;总辐射能量增加;峰值波长减小O每一条曲线下的面积表示该温度下物体辐射能量的总和，与温图9-11物体辐射曲线度的四次方成正比。专注的力成就梦想苗周立功单片机从图9J1曲线中可以看出: 随着温度升高,辐射能量增加，这是红外辐射理 论的出发点，也是单波段红外测温仪的设计依据。 (2)瞰着温度升壽，辐射蜂值疫长向短疫方向移动,其规律符合维思住移之律，即：T入m = 2897. 8 (fim-K),其中T为热力学温度，入m为蜂值响应疫长。这个公式 告诉我们为什么高温测温仪多工作在短疫处，低温测温 仪多工作在长疫致。 (3)辐射能量随温度的吏化率，短冰处此长冰处大，即短冰处工作的测温仪相对信噪此壽(灵敛度當)，抗干扰性强。测温仪应尽量选择工作在蜂值冰长处,特别是低温小目标的情况下，这一点显得尤为重要。红外测温仪的性能特点及分类红外测温仪的种类很多，可分为便携式、在线式、描式，并有光纤、玖色等测温仪。专注的力成就梦想苗周立功单片机便携式（手持式）：体积小、重量轻、削池供电，迨合 随身携带，可酸时进行温度的检测和记录，有光学腊准或激光腊准裝置,操作非常简单，只需轻轻一扣扳机，就能进行测量。美国Raytek公司最新推出的MX糸列,可将菠面积用环形激光显示出来，更为直观、方便。在线式（固之式）：时连续监测,和计算机相连，闭环控制，打印输出。加裝 保护及风冷、水冷裝置，可以在恶为环境及315 C的高温下工作。扫描式:即行扫描测温仪，用于测量90度视场内一条线的温度分布, 毎行可测256个点，利用软件，在监视器上形成目栋的热图像，它能 更直观、更请晰、更快捷地进行温度监测,尤其适用于传送带、 转試滚筒竽连续运动的目栋。光纤式:由于光纤直径小.可穹曲，适合在狭小、t曲的通道及环境温度很爲的恶劣环境中进行测量。 玖色（比色）测温仪:利用两个很窄的相近波段测量同一物体，取较短波段传号与较长波段传号的比值，这 个比值随温度的升离而加大，这种根擔比值测温的测温 仪叫比色测温仪或玖色测温仪。由于这两个疫段靠得非常近,多彼测物在这个很窄的波长内，发射率没有1 化肘，则发射率和气氛吸收对两个待号的衰减相同，不 会影响比值。所以，玖色测温仪抗干扰能力强，对发射率.烟雾、灰尘.木宅不敘感，可以测量部分菠遮扌当的目标，测量 感应线圈缕隙内加热工件的温度，更显其莘越 性能。美国Raytek衣司的玖色测温仪，性能优越，智怕目捺只占视场的5 %,也能精确测量。2红外测温系统传感器opt-538u介绍 otp-538u是一个热电堆传感器，具116种 热电偶元素，传感器芯片经由微细加工, 可快速反应环境里的温度改变，导致输 出端电压响应，专注的力成就梦想苗周立功单片机2红外测温系统传感器opt-538u介绍红外温度传感器：传扁器的特性：ParameterMinTypMaxUnitConditi onsOutput Voltage0.771.44mVTamb =25 CTobj. =50 CSensitivity7085100V/W*TC of sensitivity0.100.110.12%/KTypicalSensitivity area indiameter545 Resistance of thermopile506580KQ251TC of resistance0.09%/KTypicalTime constant 16 ms*Noise voltage283236nV/Hz1/2NEP0.280.360.48nW/Hz1/2Normalized detectivity (D*)1.0*108cm*Hz1/2/W*专注的力成就梦想苗周立功单片机专注的力成就梦想苗周立功单片机温度与勅压曲线图:专注的力成就梦想苗周立功单片机3.红外测温系统的放大电路分析Application Circuit:Circuit 1:1、信号获取电路：该电路使用到的元件有otp-538u,电 阻lk910k,电容47uf47 uF专注的力成就梦想酋周立功单片机2、色压枚犬勅路：采用嘉阻抗差动放丸彖，色路放大差模传号，抑 制共模传号。选用元件有集成运放LM324,勒阻Rl = 10k, aRl =bR2 = 100k J/c R=10k, R= Im o 色压的枚大得数：C= 100 , a = b = 10 , Uo = C (1+a+b) Ui =2100 Ui 色路的连接方式：10脚接地, 12脚接传号输入，14脚和8脚一级放犬后输出，分别接入5脚和6脚， 最后7脚输出。专注的酋周立功单片机专注的酋周立功单片机力二 C(1 4a + b)(总2 一科)R1-C专注的苗周立功单片机专注的力成就梦想苗周立功单片机八ccR61 kOhmWVC147uFR5IDkOhmJR2R3R410kOhm 1 M Ohm_ AA,_ AAR71 kOh100 k Ohm -WV-R110kOhmR2WOkOhmUoR3 10kOhm -AAAr-R41 M OhmVW专注的力成就梦想苗周立功单片机4w4i5VIMALK./3止VV十J1Uh/Rih.3、UUU2J77+、1riTC/M-it2Vk.rLzLI-3244S10K1寸C.l|iFLM32斗TS1CP寸D.l|iFSLM人A人CAP3V2Fz*!2円1ULjoRJES1()kbRJESIMA4LMA匸2 F7JU2、Lb324_WS(1J3L4M十K? FC1rV2s7K5F4R1ES-专注的力成就梦想